王 薇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037005）

引言

在污水管道漫長(zhǎng)的使用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生淤積問題，污水管道中的泥沙或者固體狀的污物沉積在污水管道中，阻礙污水管道排污。沉積了泥沙或者污物的污水管道中污水流速降低，污水中的雜質(zhì)進(jìn)一步堵塞污水管道，最終污水管道的無法排污造成污水蔓延的現(xiàn)象，同時(shí)在雨季也會(huì)造成內(nèi)澇，對(duì)人民群眾的財(cái)產(chǎn)和生命造成威脅[1]。企業(yè)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生污水管道淤積的現(xiàn)象，如果任由污水管道淤積而不進(jìn)行排淤，會(huì)導(dǎo)致排污系統(tǒng)效率的降低甚至給企業(yè)員工的生活造成危害。

1 污水管道清淤工作中存在的問題

引發(fā)污水管道淤積問題的主要原因是排污管道的管徑較小，污水管道因?yàn)闅v史遺留或者成本等原因仍然存在著大量的管徑較小的排污管道。小管徑的污水管道的清淤技術(shù)現(xiàn)階段仍不成熟，阻礙了對(duì)污水管道的清理排污工作，對(duì)城市排污系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生了不利的影響。

小管徑的污水管道清淤工作存在的主要問題有：

1）市政部門對(duì)小管徑的排污管道清淤工作不重視，往往等發(fā)生淤積問題時(shí)才會(huì)進(jìn)行清淤工作；

2）小管徑的排污管數(shù)量多；

3）老舊企業(yè)的污水管道資料不清，構(gòu)造復(fù)雜；

4）較小的管徑使得人工清淤難以進(jìn)行，同時(shí)大型清淤設(shè)備也無法運(yùn)行；

5）管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生有害及易燃易爆或者有毒的氣體，例如CO、H2S、CH4、CO2、SO2等，有一定的危險(xiǎn)性。為了能夠更好地完成小管徑排污管道的清淤工作，需要設(shè)計(jì)一款清淤裝置對(duì)污水管道進(jìn)行清淤工作。

2 清淤裝置的設(shè)計(jì)方案

污水管道內(nèi)環(huán)境未知，可能存在易燃易爆或者有毒的氣體，在清理污水管道時(shí)如淤積物不回收清除到污水管道外，可能會(huì)再次堵塞污水管道，所以清淤設(shè)備要能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，為了避免發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)盡量不使用電氣設(shè)備或者要對(duì)電氣設(shè)備做好嚴(yán)密的保護(hù)；清淤設(shè)備的動(dòng)力來源要穩(wěn)定簡(jiǎn)單，盡量不要對(duì)污水管道造成二次污染；清淤設(shè)備的成本也要盡可能低，設(shè)備結(jié)構(gòu)也要盡可能簡(jiǎn)單，滿足大規(guī)模使用的條件[2]。所以在對(duì)清淤裝置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)主要有選擇何種動(dòng)力、行進(jìn)方式、是否回收淤積物以及采用何種控制系統(tǒng)這四個(gè)方面，清淤裝置具有淤積物的回收、充足的動(dòng)力進(jìn)行清淤和排污、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作，成本盡量低等特性。

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)方案（見表1）

經(jīng)比較，清淤裝置采用氣壓傳動(dòng)的方式為裝置提供動(dòng)力，清淤裝置無需復(fù)雜的超控，對(duì)于小管徑的污水管道進(jìn)行清淤工作時(shí)也無需太大的動(dòng)力，同時(shí)氣動(dòng)能夠保證在清淤過程中的安全性。

表1 動(dòng)力方案

2.2 行進(jìn)方式

清淤裝置的行進(jìn)方式選擇間歇式行進(jìn)，間歇式行進(jìn)方式是指用行進(jìn)氣缸前后一端固定另外一端前進(jìn)的行進(jìn)方式，清淤裝置往復(fù)進(jìn)行伸出和收縮動(dòng)作，從而帶動(dòng)整個(gè)清淤機(jī)械裝置向前推進(jìn)的行進(jìn)方式，如下頁(yè)圖1所示。間歇式行進(jìn)方式行進(jìn)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)污水管道內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，能充分利用清淤裝置本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需專門的傳動(dòng)裝置。雖然采用間歇式行進(jìn)方式的清淤裝置行進(jìn)速度緩慢，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，但是清淤裝置無需較快的行進(jìn)速度，所以選擇間歇式行進(jìn)方式能夠滿足清淤裝置的需求，清淤裝置間歇式行進(jìn)的方式更可靠、設(shè)備也更為簡(jiǎn)約。

圖1 間歇式行進(jìn)方式

2.3 淤積物回收方案

在清淤的過程中如果不將淤積物回收，其會(huì)隨著水流污染到地下水，同時(shí)會(huì)增加污水處理廠的工作量，降低污水處理效果，所以在清淤時(shí)需要將淤積物抽出排水管道，對(duì)淤積物進(jìn)行回收處理，在設(shè)計(jì)清淤裝置時(shí)可以利用裝置自身的動(dòng)力將淤積物排出管道，以便精簡(jiǎn)設(shè)備。

2.4 控制系統(tǒng)

清淤裝置采用氣動(dòng)控制方式的原因?yàn)椋呵逵傺b置的動(dòng)力裝置為氣動(dòng)，采用氣動(dòng)控制無需再安裝其他動(dòng)力的設(shè)備對(duì)清淤裝置進(jìn)行控制；氣動(dòng)控制系統(tǒng)能夠在含有易燃易爆氣體的污水管道內(nèi)安全運(yùn)行，不需像電動(dòng)控制擔(dān)心其產(chǎn)生電火花引發(fā)安全問題。清淤裝置的運(yùn)行動(dòng)作簡(jiǎn)單，也無需太復(fù)雜的控制，采用氣動(dòng)控制系統(tǒng)可保證清淤裝置平穩(wěn)安全的運(yùn)行，滿足清淤裝置的需求。

清淤裝置的構(gòu)造原則為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、安全節(jié)能，所以在設(shè)計(jì)清淤裝置時(shí)采用氣動(dòng)傳動(dòng)的方式為裝置提供動(dòng)力，間歇式行進(jìn)的方式還能將淤積物搜集排出污水管道，防止再次淤塞污水管，氣動(dòng)控制的方式與動(dòng)力方式相同，安全的同時(shí)減少零部件。

3 清淤裝置運(yùn)行分析

清淤裝置的工作示意圖如圖2所示，清淤裝置在工作的同時(shí)將淤積物吸收進(jìn)裝置后順著輸泥管道回收到容器中進(jìn)行處理。

清淤裝置的氣動(dòng)裝置需要的壓強(qiáng)為[3]：

式中：pf為淤積物在污水管道中造成的阻力消耗的能量；pm為排污管內(nèi)局部阻力消耗的能量，與pf有關(guān)；ph為回收淤積物需要的能量。

圖2 清淤裝置的工作示意圖

淤積物在污水管道中造成的阻力消耗的能量為：

式中：ρm為淤積物的密度；λ為淤積物在污水管道中移動(dòng)時(shí)阻力的系數(shù)；l為污水管道的長(zhǎng)度；d為污水管道的管徑；v為清淤裝置在污水管道中移動(dòng)的速度。

回收淤積物需要的能量為：

式中：ρm為淤積物的密度；g為重力加速度；h為排污管到地面的距離。

在污水管道清淤裝置運(yùn)行過程中能夠通過公式確定在排污過程中需要的氣動(dòng)裝置為滿足工作所需的壓力，避免了能量的浪費(fèi)。

4 結(jié)論

小管徑污水管道的清淤問題一直是企業(yè)管理工作的難點(diǎn)，小管徑污水管道無法采用常用的人工方式進(jìn)行清淤，所以為了解決污水管道的清淤問題設(shè)計(jì)了清淤裝置對(duì)污水管道進(jìn)行清理，通過設(shè)計(jì)清淤裝置得到如下結(jié)果：

1）通過對(duì)清淤裝置選擇何種動(dòng)力、行進(jìn)方式、是否回收淤積物以及采用何種控制系統(tǒng)的分析研究，確定了清淤裝置的主要構(gòu)造與功能；

2）通過對(duì)清淤裝置的運(yùn)行狀態(tài)分析，分析出清淤裝置中氣動(dòng)傳動(dòng)與控制裝置為了滿足清淤的需要所需壓強(qiáng)的計(jì)算公式，在實(shí)際清淤過程中通過計(jì)算得出最佳的壓強(qiáng)，既能滿足工作需要又能節(jié)省能源。